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Journal Articles Oil & Gas Science and Technology - Revue d'IFP Energies nouvelles Year : 2010

CFD Simulation of Hydrodynamic and Thermal Performance of a Micro Heat Exchanger

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Abstract

To evaluate the performances and limitations of compact heat exchanger with micro-structured plates, CFD simulations of hydrodynamics and thermal transfers have been performed inside a commercial micro heat exchanger from IMM operated in liquid/liquid flows. The hydrodynamic results show that the flow rate distribution over the plates is rather homogeneous with some velocity gradient at the channel inlet due to inertial effect in the distributor. Fluid temperature profiles are both influenced by convective transfer in the channels and in the distributing/collecting sections and by conductive transfer through the metal wall at the plate periphery especially at low flow rates. Due to undesired heat transfer by conduction, the fraction of heat power really transferred inside the channels varies from 75 to 85% in counter current flow configuration and between 35 and 70% in co-current flow configuration. Computational results are successfully compared to 2D experimental temperature profiles measured inside the heat exchanger.
Simulation numérique par CFD de l'hydrodynamique et des performances thermiques d'un micro échangeur de chaleur-Pour évaluer les performances et les limitations d'un échangeur thermique compact composé de plaques micro-structurées, des simulations CFD de l'hydrodynamique et des transferts thermiques ont été effectués en écoulement liquide/liquide pour un micro-échangeur commercialisé par l'IMM. Les résultats de la simulation hydrodynamique montrent que la distribution des flux de l'écoulement liquide est plutôt homogène avec quelques gradients de vitesses à l'entrée des canaux à cause d'effets inertiels dans le distributeur. Les profils de température sont influencés à la fois par les transferts thermiques par convection dans les canaux et dans les zones de distribution et de collecte de l'écoulement et également par les transferts par conduction aux travers des parois métalliques situées entre les canaux et à la périphérie de la zone micro-structurée, en particulier pour les faibles débits liquides. À cause de ces transferts de chaleur parasites, la fraction du flux thermique qui est réellement transférée au travers des micro-canaux varie entre 75 et 85 % du flux thermique total en écoulement contre-courant et entre 35 et 70 % en écoulement co-courant. Les résultats des simulations numériques sont en bon accord avec les profils de température mesurés au sein du micro-échangeur. Abstract-CFD Simulation of Hydrodynamic and Thermal Performance of a Micro Heat Exchanger-To evaluate the performances and limitations of compact heat exchanger with micro-structured plates, CFD simulations of hydrodynamics and thermal transfers have been performed inside a commercial micro heat exchanger from IMM operated in liquid/liquid flows. The hydrodynamic results show that the flow rate distribution over the plates is rather homogeneous with some velocity gradient at the channel inlet due to inertial effect in the distributor. Fluid temperature profiles are both influenced by convective transfer in the channels and in the distributing/collecting sections and by conductive transfer through the metal wall at the plate periphery especially at low flow rates. Due to undesired heat transfer by conduction, the fraction of heat power really transferred inside the channels varies from 75 to 85% in counter current flow configuration and between 35 and 70% in co-current flow configuration. Computational results are successfully compared to 2D experimental temperature profiles measured inside the heat exchanger.
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hal-01937566 , version 1 (02-01-2019)

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W. Nastoll, Claudine Boyer. CFD Simulation of Hydrodynamic and Thermal Performance of a Micro Heat Exchanger. Oil & Gas Science and Technology - Revue d'IFP Energies nouvelles, 2010, 65 (5), pp.763-770. ⟨10.2516/ogst/2010008⟩. ⟨hal-01937566⟩

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